CN101191679A - 利用非共沸混合致冷剂的制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是使用非共沸混合致冷剂，防止在致冷剂液配管内产生闪蒸气体，并且提高蒸发器的传热性能。其解决方案为：设置使被冷凝器(2)冷凝的液体致冷剂与被蒸发器(4)蒸发的气体致冷剂进行热交换的对向流式的液体－气体热交换器(5)，该液体－气体热交换器以如下方式形成，即，将被冷凝器冷凝的液体致冷剂冷却到液体致冷剂不会发生闪蒸的过冷却度，并且，将被蒸发器蒸发的气体致冷剂过热到干燥度达到1.0以上，所述蒸发器以下述方式形成，即，使从该蒸发器排出的气体致冷剂的干燥度不足1.0，优选在0.95以下，借此，即使使用非共沸混合致冷剂，也可以防止在致冷剂配管中产生闪蒸气体，并且提高蒸发器的传热性能。

Description

利用非共沸混合致冷剂的制冷装置

技术领域

本发明涉及利用非共沸混合致冷剂的制冷装置，具体地说，涉及防止在液体致冷剂配管中产生闪蒸气体、同时提高蒸发器中的热交换性能、提高制冷系数的合适的制冷装置。

背景技术

作为氟利昂的替代致冷剂，提出了各种致冷剂的方案，例如，在专利文献1中，作为替代致冷剂，揭示了使用HFC系的R404A或者R507的制冷装置。这种替代的致冷剂，由于致冷剂的物理性质，存在着不得不增加致冷剂循环量，在液体配管中压力损失增大，液体配管中容易发生闪蒸气体的问题。因此，在专利文献1中，提出了这样的方案，即，利用由蒸发器蒸发的气体致冷剂，适当地过冷却由冷凝器冷凝的液体致冷剂，防止液体配管中发生闪蒸气体，稳定地保持运转状态。

另一方面，在专利文献2中，提出了以下的方案，即，在利用非共沸混合致冷剂的制冷装置中，为了良好地保持蒸发器的传热性能、改善制冷系数(COP)，设置致冷剂热交换器，该致冷剂热交换器利用被冷凝器冷凝、流入膨胀阀的液体致冷剂，使被蒸发器蒸发的气体致冷剂过热。借此，使蒸发器出口的致冷剂的干燥度在0.95以下进行运转，良好地保持蒸发器的传热性能，另一方面，利用致冷剂热交换器使蒸发器出口的致冷剂过热，使压缩机入口的致冷剂的干燥度在1.0以上。在专利文献3中也记载了同样结构的制冷装置。在专利文献3中，即使在使用沸点不同的多种致冷剂构成的非共沸混合致冷剂的情况下，也能够可靠地用液体充满蒸发器的内部，可靠地防止蒸发器内的致冷剂的偏流。

【专利文献1】特开平9-196480号公报

【专利文献2】特开2000-8125号公报

【专利文献3】特开2005-83608号公报

发明内容

但是，在专利文献1～3所记载的现有技术中，对于冷凝器出口的致冷剂状态，在使用由沸点不同的多种致冷剂构成的非共沸混合致冷剂的情况下，能够可靠地用液体充满蒸发器的内部。

本发明所要解决的课题是，在使用具有在同一压力条件下的液体致冷剂温度比气体致冷剂温度低的温度梯度的非共沸混合致冷剂的情况下，通过进行大的过冷却，使蒸发器的入口温度降低，加大蒸发器内的介质与致冷剂温度差，借此提高蒸发器的传热性能。

本发明以制冷装置作为对象，所述制冷装置包括：压缩机，该压缩机对气体致冷剂进行压缩；冷凝器，该冷凝器冷却由所述压缩机压缩的高温高压的气体致冷剂以使之冷凝；膨胀阀，所述膨胀阀将由所述冷凝器冷凝的液体致冷剂减压；以及蒸发器，所述蒸发器使被所述膨胀阀减压的液体致冷剂蒸发，产生冷、热；所述制冷装置利用非共沸混合致冷剂形成制冷循环，所述制冷循环将被所述蒸发器蒸发的气体致冷剂返回到前述压缩机。

并且，为了解决上述课题，设置使由冷凝器冷凝的液体致冷剂与由蒸发器蒸发的气体致冷剂进行热交换的对向流式的液体-气体热交换器，该液体-气体热交换器以如下方式形成，即，将被冷凝器冷凝的液体致冷剂冷却到液体致冷剂不会发生闪蒸的过冷却度，并且，将被蒸发器蒸发的气体致冷剂过热到干燥度达到1.0以上。另外，以下述方式形成蒸发器，即，使从该蒸发器排出的气体致冷剂的干燥度不足1.0，优选在0.95以下。

根据本发明，由于利用液体-气体热交换器将从冷凝器排出的液体致冷剂(两相致冷剂)冷却到不发生闪蒸的过冷却度，所以，即使液体致冷剂配管中的压力损失大，也可以使液体致冷剂的温度比蒸发温度低，可以防止闪蒸气体的产生。另外，由于以蒸发器出口的气体致冷剂的干燥度不足1.0、优选在0.95以下的方式形成液体-气体热交换器与蒸发器的热平衡，所以，可以在蒸发器内充满液体致冷剂，提高蒸发器的传热性能。而且，由于从蒸发器排出的干燥度不足1.0、优选在0.95以下的气体致冷剂被液体-气体热交换器过热到干燥度在1.0以上，所以，可以防止由于压缩机进行液体压缩而引起的损伤。进而，由于通过蒸发器中的蒸发温度的上升，可以使压缩机的吸入压力上升，缩小压缩机的吸入和排出的压力比，所以，可以提高压缩机的效率。

在上述情况下，优选地，设置干燥度检测机构和控制机构，其中，所述干燥度检测机构检测前述蒸发器的出口的气体致冷剂的干燥度，所述控制机构以使所检测出来的干燥度设定在不足1.0、优选在0.95以下的设定值控制前述膨胀阀。

另外，关于非共沸混合致冷剂，可以采用具有在同一压力条件下的液体致冷剂温度比气体致冷剂温度低的温度梯度的非共沸混合致冷剂。借此，可以使从蒸发器流入到液体-气体热交换器的气体致冷剂的温度更接近从冷凝器排出的液体致冷剂的温度，可以使蒸发温度进一步上升，提高性能。

另一方面，从冷凝器流入液体-气体热交换器的液体致冷剂，通过进一步降低并加大过冷却，使蒸发器入口温度降低，通过加大蒸发器内的介质与致冷剂的温度差，可以提高蒸发器的传热性能。另外，对于非共沸混合致冷剂，例如，可以使用R407C。另外，液体-气体热交换器可以使用双重管式或者板式热交换器。

根据本发明，使用非共沸混合致冷剂，防止在致冷剂液配管中产生闪蒸气体，并且，可以提高蒸发器的传热性能，提高制冷系数。

附图说明

图1是本发明的一种实施形式的制冷装置的系统结构图。

图2是说明在液体-气体热交换器内的致冷剂温度的状态变化的图示。

图3是按比例表示蒸发器的出口致冷剂干燥度引起的蒸发温度、和冷却能力及制冷系数(冷却能力/消耗电力)的图示。

【符号说明】

1  压缩机

2  冷凝器

3  膨胀阀

4  蒸发器

5  液体-气体热交换器

6  温度传感器

7  压力传感器

具体实施方式

下面，根据实施形式对本发明进行说明。在图1中，表示本发明的一种实施形式的制冷装置的系统结构图。如图所示，本实施形式的制冷装置包括：压缩气体致冷剂的压缩机1，冷却被压缩机1压缩的高温高压的气体致冷剂以使之冷凝的冷凝器2，对被冷凝器2冷凝的液体致冷剂进行减压的膨胀阀3，使被膨胀阀3减压的液体致冷剂蒸发以产生冷、热的蒸发器4，形成将被蒸发器4蒸发的气体致冷剂返回到压缩机1的制冷循环。特别是，在本实施形式中，设置有使被冷凝器2冷凝的液体致冷剂与被蒸发器4蒸发的气体致冷剂进行热交换的对向流式的液体-气体热交换器5。

对于液体-气体热交换器5，以如下方式设计并形成其热平衡，即，由冷凝器2冷凝的液体致冷剂冷却到在直到膨胀阀3的液体致冷剂配管内不会闪蒸的过冷却度，并且，将被蒸发器4蒸发的气体致冷剂过热到干燥度在1.0以上。另外，对于蒸发器4，以如下方式设计并形成其热平衡，即，在蒸发器出口处的气体致冷剂的干燥度不足1.0，优选在0.95以下。并且，在本实施形式中，使用在具有同一压力条件下的液体致冷剂温度比气体致冷剂温度低的温度梯度的非共沸混合致冷剂R407C形成制冷循环。

另外，在蒸发器4的出口的致冷剂配管上，设置检测蒸发器出口的气体致冷剂的温度的热敏电阻等温度传感器6，以及检测蒸发器出口的气体致冷剂的压力的压力传感器7。根据利用这些温度传感器6和压力传感器7检测出来的气体致冷剂的温度和压力，在图中未示出的控制机构中，计算蒸发器出口的气体致冷剂的干燥度。

下面，说明这样构成的本实施形式的制冷装置的动作。被压缩机1压缩的非共沸混合致冷剂的高压/高温的气体致冷剂，利用冷凝器2，例如与冷却水进行热交换，变成高压/高温的液体和气体的两相致冷剂，流入液体-气体热交换器5，变成高压/高温的液体致冷剂。该液体致冷剂被膨胀阀3减压，在蒸发器4处蒸发，变成液体和气体两相致冷剂，被液体-气体热交换器5过热，变成气体致冷剂，返回压缩机1。

作为冷凝器2的出口致冷剂的液体和气体两相状态的致冷剂、和作为蒸发器4的出口致冷剂的液体和气体两相状态的致冷剂，在液体-气体热交换器5中进行热交换，来自于冷凝器2的致冷剂成为液体致冷剂，来自于蒸发器4的致冷剂成为气体致冷剂。

另外，为了控制蒸发器4的出口致冷剂的干燥状态，利用温度传感器6的检测温度和压力传感器7的检测压力，图中未示出的控制机构，求出蒸发器4的出口致冷剂的液体和气体的比例、即干燥度，利用膨胀阀3将该干燥度控制在不足1.0、优选0.95以下。

这里，在图2中表示液体-气体热交换器5内的致冷剂温度的状态变化。如图所示，在使用双重管或板式热交换器的液体-气体热交换器5内，使流动方向为对向流，使冷凝器2的出口致冷剂和蒸发器4的出口致冷剂进行热交换。借此，可以使蒸发器4的出口的致冷剂温度接近于冷凝器2的出口致冷剂温度。其结果是，可以使压缩机1的吸入压力上升，可以缩小压缩机1的吸入和排出的压力比，提高压缩机的效率。

图3中，将由本实施形式的蒸发器4的出口致冷剂的干燥度引起的蒸发温度、和冷却能力及制冷系数(冷却能力/消耗电力)以比例的方式表示出来。如可以从图中看出的那样，干燥度越小，则蒸发温度越上升，冷却能力和制冷系数越提高。但是，有必要由气体致冷剂吸入到压缩机1中，在蒸发器4的出口致冷剂的干燥度小的情况下，有必要加大液体-气体热交换器5的容量。

这里，根据本实施形式，液体-气体热交换器5，由于以如下的方式设计热平衡，即，从冷凝器2排出的液体致冷剂在直到膨胀阀3为止的液体致冷剂配管内冷却到不进行闪蒸的过冷却度，并且，将被蒸发器4蒸发的气体致冷剂过热到干燥度在1.0以上，所以，即使在液体致冷剂配管内的压力损失大，也可以使液体致冷剂的温度比蒸发温度低，即使使用非共沸混合致冷剂，也可以防止在致冷剂液配管内产生闪蒸气体。另外，由于蒸发器4以如下的方式设计其热平衡，即，令蒸发器的出口处的气体致冷剂的干燥度不足1.0、优选在0.95以下，所以，可以提高蒸发器4的传热性能，可以提高制冷装置的制冷系数。从而，本实施形式，对于作为具有在同一压力条件下的液体致冷剂温度比气体致冷剂温度低的温度梯度的非共沸混合致冷剂、例如R407C，是适宜的。

另外，通过基于利用温度传感器6和压力传感器7检测出来的气体致冷剂的温度和压力，在控制机构中计算蒸发器出口的气体致冷剂的干燥度，根据该干燥度，控制膨胀阀3的开度，可以稳定地进行作为本发明的目标的控制。

Claims (5)

1.一种制冷装置，包括：压缩机，该压缩机对气体致冷剂进行压缩；冷凝器，该冷凝器冷却由所述压缩机压缩的高温高压的气体致冷剂以使之冷凝；膨胀阀，所述膨胀阀将由所述冷凝器冷凝的液体致冷剂减压；以及蒸发器，所述蒸发器使由所述膨胀阀减压的液体致冷剂蒸发，产生冷、热；利用非共沸混合致冷剂形成将由所述蒸发器蒸发的气体致冷剂返回到前述压缩机的制冷循环，其特征在于，

设置对向流式的液体-气体热交换器，所述液体-气体热交换器使被前述冷凝器冷凝的液体致冷剂与被前述蒸发器蒸发的气体致冷剂进行热交换，

该液体-气体热交换器以如下方式形成，即，将被前述冷凝器冷凝的液体致冷剂冷却到该液体致冷剂不会发生闪蒸的过冷却度，并且，将被前述蒸发器蒸发的气体致冷剂过热到使其干燥度达到1.0以上，

所述蒸发器以下述方式形成，即，使从该蒸发器排出的气体致冷剂的干燥度不足1.0，优选在0.95以下。

2.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，设置有干燥度检测机构和控制机构，所述干燥度检测机构检测前述蒸发器的出口的气体致冷剂的干燥度，所述控制机构通过控制前述膨胀阀，将所检测出来的干燥度控制在设定在不足1.0、优选在0.95以下的设定值。

3.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，前述非共沸混合致冷剂是具有在同一压力条件下的液体致冷剂温度比气体致冷剂温度低的温度梯度的非共沸混合致冷剂。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的制冷装置，其特征在于，前述非共沸混合致冷剂是R407C，前述液体-气体热交换器是双重管式或者板式热交换器。

5.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，通过利用前述液体-气体热交换器对被前述冷凝器冷凝的液体致冷剂进行过冷却，使前述蒸发器的致冷剂入口温度进一步降低，扩大与进行热交换的介质的温度差，提高蒸发器的传热性能。

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